EP3953957B1 - Verfahren zur unterbrechungsfreien anpassung von parametern eines stromkreises - Google Patents

Verfahren zur unterbrechungsfreien anpassung von parametern eines stromkreises Download PDF

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EP3953957B1
EP3953957B1 EP19739930.6A EP19739930A EP3953957B1 EP 3953957 B1 EP3953957 B1 EP 3953957B1 EP 19739930 A EP19739930 A EP 19739930A EP 3953957 B1 EP3953957 B1 EP 3953957B1
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EP
European Patent Office
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state
adaptation
uninterrupted
contact
movable element
Prior art date
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EP19739930.6A
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EP3953957A1 (de
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Matthias Strobl
Andreas Eismann
Walter Felden
Zoltan FONO
Oliver Ibisch
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16—Impedances connected with contacts
    • H01H33/161—Variable impedances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C10/00—Adjustable resistors
    • H01C10/30—Adjustable resistors the contact sliding along resistive element

Definitions

  • the invention relates to a method for the uninterrupted adjustment of parameters of a circuit.
  • Switching arcs occur when AC or DC circuits are opened, closed or commutated. These switching arcs typically release the released energy in appropriate quenching devices until the arc is extinguished. Conventional electrical switches attempt to control the switching arcs that occur. Especially with the increasing number of direct current applications in which there is no current zero crossing, this is associated with any amount of technical effort.
  • an electric current can be switched without switching arcs through a semiconductor switch, which requires complex control electronics and in which safe galvanic isolation is generally not guaranteed.
  • Transit movements of an adjustable resistance element and thus the increase or decrease of a load in a circuit takes place at a defined speed.
  • the optimum speed of this transit movement is reached when the voltage drop between two points is as constant as possible throughout the movement and never exceeds the ignition voltage.
  • the resistance element becomes very hot locally and can be overloaded. If the control element moves too quickly, the resistance changes very quickly and the voltage drop can become greater than the ignition voltage, which leads to an arc being drawn.
  • the EP 3 031 062 A1 discloses a mechanical switch that operates by commutating current to an energy absorbing path or series of paths through at least one blocking semiconductor to open the circuit, the commutation being effected by sliding movement of at least one shuttle electrode over at least one stationary electrode.
  • this object is achieved by the method for the uninterrupted adjustment of parameters of a circuit according to claim 1 .
  • Advantageous refinements of the method according to the invention are specified in the dependent claims.
  • control system ensures optimal switching conditions.
  • design as a control loop ensures that these optimal conditions are met. This ensures safe operation of the switching devices.
  • the system can also be used to keep the current within a defined range. Of course, this current control only works within the performance limits of the system.
  • the adjustable resistance element must never be overloaded. A temperature measurement can ensure this, for example, and interrupt the circuit in the event of an overload.
  • the parameter to be adjusted is the power, the current or the phase position (cos(phi)) of the circuit.
  • the adjustment is made within 500msec (milliseconds).
  • coils are provided on the controllable resistance element for electromechanical drive against a spring.
  • controllable resistance element comprises a movable element and a stationary element, the movable element being essentially cylindrical, the stationary element being essentially hollow-cylindrical, the movable element being immersible in the stationary element and can be moved against it, a first contact system being attached to the movable element and a second contact system being attached to the stationary element, each for electrical contacting between the movable element and the stationary element, and the linear transit movement increasing the distance between the first contact system and the second Contact system is changed, which changes the division of the current path between the moving element and the fixed element.
  • a first coil is arranged on the bottom of the hollow-cylindrical stationary element and a second, corresponding coil is arranged on the first end of the cylindrically shaped movable element movable element a spring pushes the movable element towards the first coil and thus towards the ON state.
  • the switching device also includes a sensor for measuring the temperature of the controllable resistance element or the main current path.
  • the switching device is provided for switching an alternating current or direct current.
  • the electrical switch 100 includes an ON state and an OFF state for opening, closing or commutation of a circuit 2000.
  • a first contact 110 and a second contact 120 are provided, between which the circuit 2000 is connected.
  • the electrical switch 100 includes a controllable resistance element 200 which is electrically arranged between the first contact 110 and the second contact 120 .
  • the electrical switch 100 is closed in the ON state and open in the OFF state. The switching process, the transition from the ON state to the OFF state and vice versa, takes place by means of a mechanical transit movement T of the controllable resistance element 200.
  • the resistance of the controllable resistance element 200 is increased by means of the transit movement T and the transit movement T is carried out in such a way that the current voltage drop is lower than the ignition voltage of an arc at all times and that this reduces the switching energy in the controllable resistance element 200 is dissipated in the form of electrical power loss.
  • the controllable resistance element 200 comprises a movable element 210 and a stationary element 220, with the movable element 210 being essentially cylindrical and the stationary element 220 being essentially hollow-cylindrical.
  • the movable element 210 can dip into the fixed element 220 and be moved against it.
  • the controllable resistance element 200 comprises a first contact system 310 on the stationary element 220 and a second contact system 320 on the movable element 210, each for electrical contacting between the movable element 210 and the stationary element 220.
  • a linear transit movement T increases the distance between the first contact system 310 and the second Changed contact system 320, whereby the division of the current path between movable element 210 and fixed element 220 changes.
  • the fixed element 220 can include a galvanic isolation 230, so that in the OFF state the first contact 110 is galvanically isolated from the second contact 120.
  • the galvanic isolation can also take place via the doping of the controllable resistance element 200 itself.
  • FIG. 2A the chain of electrical resistances of the electrical switch 100 is shown. It is a series connection of electrical resistances, starting with the electrical resistance at the second contact 120 R_Cu2 via the resistance of the controllable resistance element 200 R_SiC and the electrical resistance of the galvanic isolation 230 R_Iso to the first contact 110 with the resistance R_Cu1.
  • FIG. 2B the electrical resistance of the controllable resistance element 200 is shown plotted against the deflection of the mechanical transit movement T.
  • the first contact 110 is electrically isolated from the second contact 120 with an electrical resistance greater than 1 M ⁇ (mega ohms).
  • the electrical switch 100 is in the OFF state.
  • the resistance decreases after the isolation zone 230 has been exceeded, down to an electrical resistance of the controllable resistance element of less than 100 ⁇ (micro ohms). In this position, the electrical switch is in the ON state.
  • FIG. 3A, 3B and 3C shows the transition of the electrical switch 100 from the ON state to the OFF state.
  • the resistance of the controllable resistance element 200 is increased by means of a linear transit movement T of the movable element 210, with the transit movement T being carried out in such a way that the current voltage drop is lower than the ignition voltage of an arc at any time and the switching energy in the controllable resistance element 200 is thus in the form is dissipated from electrical power loss.
  • the electrical switch 100 is in the ON state.
  • the electric current flows from the first contact 110 via the first contact system 310 to the movable element 210 and further via the second contact system 320 to the second contact 120.
  • the movable element 210 is made of copper, for example, then the total resistance of the electrical switch in the ON Position in the range below 100 ⁇ (micro ohms).
  • the first contact system 310 and the second contact system 320 are formed by contact springs, for example canted coil springs from Bal Seal Engineering.
  • the movable element 210 is now as shown in FIGS Figures 3A, 3B and 3C moved to the left.
  • the current flows in turn from the first contact 110 via the first contact system 310, the movable element 210 to the second contact system 320 and in the controllable resistance element 200 to the second contact 120. Due to the linear transit movement T, the distance between the first contact system 310 and the second contact system 320 changed, namely reduced, resulting in the division of the current path between movable element 210 and fixed element 220 changes.
  • FIG 3C the electrical switch 100 is shown in the OFF state.
  • the movable element 210 was further according to the representation of Figures 3A, 3B and 3C moved to the left.
  • the second contact system 320 has been moved beyond the galvanic isolation 230 such that the first contact system 310 and the second contact system 320 are both in the first contact 110 zone.
  • a current flow thus only occurs due to a leakage current of the galvanic isolation, since the resistance of the controllable resistance element 200 is greater than 1M ⁇ (mega ohms).
  • the variable resistance element 200 has a first zone 221, which is made of copper, for example, and has a high conductivity.
  • the fixed element 220 dips into this first zone 221, so that due to the lowest resistance, the current flows across the face of the movable element 210 and the zone 221 with low conductivity of the variable resistance element 200.
  • the movable element 210 has a termination 211, which can also be made of copper and thus has a low conductivity. The current therefore flows from the first contact 110 via the termination 211 and the movable element 210.
  • the first contact system 310 and the second Contact system 320 moves towards each other and the current flows through the controllable resistance element 200 itself. As the movement continues, the distribution of the current path between the movable element 210 and the fixed element 220 changes.
  • the electrical switch 100 can have at least one third contact, a potential being commutated by it between these at least three contacts.
  • the variable resistance element 200 in particular its fixed element 220, can be made of a conventional material or of a dopable semiconductor material.
  • Silicon carbide (SiC) for example, is advantageous as a dopable semiconductor material, since this material satisfies important criteria and enables the controllable resistance element 200 to be constructed in a compact manner.
  • Silicon carbide as a semiconductor material has a very high breakdown field strength and a low specific on-resistance.
  • silicon carbide can be doped and the electrical properties can therefore be adjusted from 0.1 to 109 ⁇ cm (ohm centimetres).
  • silicon carbide is resistant to high temperatures, the oxidation resistance is given up to 1600°C and the decomposition temperature is above 2700°C. Silicon carbide is also a very good conductor of heat.
  • the increase in the resistance of the variable resistance element 200 can be achieved by changing the active length, the Shape, the arrangement or the doping happen.
  • the current path within the controllable resistance element 200, or the division of the current path between the movable element 210 and the stationary element 220, is changed by the transit movement T.
  • Figures 5A to 5D show the switching device 1000; 1001 in its various intermediate states.
  • the switching device 1000; 1001 can open, close or commutate a circuit 2000 between a first contact 110 and a second contact 120 not only take an ON state and an OFF state, but other intermediate states, wherein the ON state, the switching device 1000; 1001 and thus the circuit 2000 is closed and opened in the OFF state.
  • the switching device 1000; For this purpose, 1001 has a controllable resistance element 200 which is arranged electrically between the first contact 110 and the second contact 120 .
  • the state of the switching device 1000; 1001 is changed by means of a mechanical transit movement T.
  • the transit movement T is executed in such a way that the current voltage drop is lower than the ignition voltage of an arc at any point in time and the switching energy in the controllable resistance element 200 is thus dissipated in the form of electrical power loss.
  • controllable resistance element 200 In the case of overcurrents below an overcurrent threshold value, the controllable resistance element 200 is transferred into an intermediate state by the transit movement T, so that electrical damping is introduced into the circuit 2000 without interrupting the same.
  • the variable resistance element 200 comprises a movable element 210 and a fixed element 220, the movable element 210 being substantially is cylindrical and the fixed element 220 is substantially hollow cylindrical.
  • the movable element 210 is designed such that it can be immersed in the fixed element 220 and can be moved against it.
  • first contact system 310 on the movable element 210 and a second contact system 320 on the stationary element 220 are provided on the controllable resistance element 200 .
  • These contact systems 310; 320 are provided for electrical contacting between the movable element 210 and the fixed element 220.
  • the linear transit movement T changes the distance between the first contact system 310 and the second contact system 320, as a result of which the division of the current path between the movable element 210 and the stationary element 220 changes.
  • the movement of the movable element 210 to the left moves the second contact system 320 towards the first contact system 310 and the current path changes in such a way that an ever greater proportion flows via the fixed element 220 of the controllable resistance element 200 .
  • the set intermediate state can be exited again and the switching device 1000; 1001 return to the ON state.
  • the electrical switching device 1000; 1001 not triggered, but only temporarily transferred to an intermediate state.
  • the switching device 1000 If, after the changeover of the controllable resistance element 200 into an intermediate state, due to the occurrence of an overcurrent below an overcurrent threshold value, the overcurrent continues to rise and exceeds the overcurrent threshold value, the switching device 1000; 1001 an opening of the circuit, i.e. a transition to the OFF state, can be forced.
  • the transit movement T can be done by means of an electromechanical drive.
  • a first coil 520 is provided on the bottom of the hollow-cylindrical stationary element 220 and a second, corresponding coil 510 is provided on the first end of the cylindrically-shaped movable element 210, which repel each other when energized.
  • a spring 600 is arranged at the second end of the cylinder-shaped movable element 210, which spring 600 presses the movable element 210 in the direction of the first coil 520 and thus in the direction of the ON state.
  • the energization of the first and second coil 520; 510 can be carried out by means of a regulation which thus regulates the transit movement T and sets the desired intermediate state or also the ON state or OFF state of the controllable resistance element 200.
  • a sensor for measuring the temperature of the controllable resistance element 200 or the temperature of the main current path can be provided.
  • the control can adjust the controllable resistance element 200 according to the measured temperature and, if necessary, the switching device 1000; 1001 into the OFF state so that current flow is no longer possible.
  • the switching device 1000; 1001 is provided for switching an AC or a DC current.
  • FIG 6A is the switching device 1000; 1001 shown with four different intermediate states with resistors R1, R2, R3 and R4.
  • resistor R4 is much larger than resistor R3, which is much larger than resistor R2, and is larger than resistor R1.
  • the variable resistance element 200 when set to one of the four intermediate states, will attenuate the circuit 2000 at the set resistance.
  • Figure 6B clearly explains the sequence of the electrical resistances of the controllable resistance element 200: Starting from the ON state with low resistance, discrete electrical resistances R1, R2, R3, R4, . . . RN can be set. The electrical resistance of the OFF state lies above the maximum resistance RN.
  • the resistance values are formed continuously and can be driven continuously.
  • the detection of the overcurrent and the deflection of the controllable resistance element 200 can also take place through a corresponding arrangement of the main contacts without additional coil formers, or through additional measuring devices. This fulfills the function of a thermal release.
  • the temperature can also be measured at specific points in the controllable resistance element 200 or on the main current path in the case of smaller currents. If the temperature exceeds a certain threshold, the movable contact system changes its position via a corresponding deflection mechanism, for example a bimetal, and the resistance is further increased. This reduces the current.
  • a corresponding deflection mechanism for example a bimetal
  • Such a system can be both a function of the switching device 1000; 1001 that protects the equipment connected in the circuit 2000, or also be a kind of self-protection of the device in order to ensure an overload of the controllable resistance element 200 or parts of the current path.
  • figure 7 is the method according to the invention for the uninterrupted adjustment of parameters of a circuit 2000 through the targeted introduction of ohmic, capacitive or inductive components using at least two switching devices 1000; 1001 shown as control elements and a sensor or measuring device 2500.
  • the switching devices 1000; 1001 each have an ON state, an OFF state for opening, closing or commutation of a circuit 2000 between a first contact 110 and a second contact 120 and further intermediate states between the ON and OFF state, as well as a controllable resistance element 200 .
  • the controllable resistance element 200 is arranged electrically between the first contact 110 and the second contact 120, with the switching devices 1000; 1001 are closed and open in the OFF state, and by means of a mechanical transit movement T the state of the switching devices 1000; 1001 is changed.
  • the transit movement T is carried out in such a way that the current voltage drop is less than the ignition voltage of an arc at any point in time, and as a result the switching energy in the controllable resistance element 200 is dissipated in the form of electrical power loss, with overcurrents below an overcurrent threshold value being caused by the transit movement T the variable resistance element 200 is placed in an intermediate state such that electrical damping is introduced into the circuit 2000 without interrupting it.
  • the method according to the invention for the uninterrupted adjustment of parameters can be clocked out in such a way that the parameter to be adjusted is the power, the current or the phase position (cos(phi)) of the circuit 2000 .
  • the method for the uninterrupted adjustment of parameters can be designed in such a way that the adjustment is made within 500 msec (milli seconds).
  • Figure 9A shows again a controllable resistance element 200 with a first coil 520 on the fixed element 220 and a second coil 510 on the movable element 210.
  • Figure 9B shows a controllable Wiserstandselement 200, wherein the transit movement T of the movable element 210 is generated by a motor M electromechanically.
  • a controller R controls the motor M according to the parameter of circuit 2000.
  • defined profiles can also be run in order to achieve a desired switch-off behavior. This applies above all to switching processes that always take place in the same way and where certain transient switching processes can otherwise lead to problems in the network.
  • the method according to the invention for uninterrupted adaptation allows targeted changes to be made to the parameters R, L, C (ohmic, inductive or capacitive components) in a three-phase network, which makes it possible to control the active power flow (load flow).
  • cross-regulation U Q can be carried out, which makes the active power distribution on several parallel lines dependent on the angle difference in the voltage at the beginning and end of the lines.
  • a linear regulation U L can also be carried out by the method according to the invention, which changes the amount of the active power.
  • voltage and reactive power can be regulated.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern eines Stromkreises.
  • Beim Öffnen, Schließen oder Kommutieren von Wechselstrom- oder Gleichstromkreisen entstehen Schaltlichtbögen. Diese Schaltlichtbögen geben typischerweise die freiwerdende Energie in entsprechenden Löscheinrichtungen ab, bis der Lichtbogen verlöscht. Herkömmliche elektrische Schalter versuchen die entstehenden Schaltlichtbögen zu kontrollieren. Vor allem bei der steigenden Anzahl an Gleichstromanwendungen, in denen kein Stromnulldurchgang erfolgt, ist dies mit beliebig viel technischem Aufwand verbunden.
  • Bei bisherigen Leistungsschaltern mit einfach- oder zweifachunterbrechenden Kontakten, bei denen der Lichtbogen in Ionisierungslöschkammern, beispielsweise mit Hilfe von Slotmotoren, geleitet wird, wird ein entstehender Schaltlichtbogen in der Ionisierungslöschkammer gelöscht. Problematisch ist hierbei das Entstehen eines ionisierenden Gases bei hohen Temperaturen mit entsprechendem Materialabtrag und Verschmutzung des elektrischen Schalters.
  • Ebenso kann ein elektrischer Strom ohne Schaltlichtbögen durch einen Halbleiterschalter geschaltet werden, der eine komplexe Ansteuerelektronik erfordert, und bei dem in der Regel keine sichere galvanische Trennung gewährleistet ist.
  • Transitbewegungen eines regelbaren Widerstandselements und damit das Erhöhen bzw. Verringern einer Last in einem Stromkreis erfolgt mit einer definierten Geschwindigkeit. Die optimale Geschwindigkeit dieser Transitbewegung ist erreicht, wenn der Spannungsfall zwischen zwei Punkten während der kompletten Bewegung möglichst konstant ist und nie größer wird als die Zündspannung.
  • Bewegt sich beispielsweise ein Stellelement zu langsam, wird das Widerstandselement lokal sehr heiß und kann überlastet werden. Bewegt sich das Stellelement zu schnell, so ändert sich der Widerstand in kurzer Zeit sehr stark und der Spannungsfall kann damit größer als die Zündspannung werden, was zum Ziehen eines Lichtbogens führt.
  • Damit ergibt sich das Problem, dass jeder Lastfall einen gewissen Arbeitspunkt darstellt. Ein auf Kosten optimiertes System, dass die Energie in Form eines Kraftspeichers (beispielsweise zwei Druckfedern) speichert, kann nicht in allen Arbeitspunkten optimal arbeiten. Grund hierfür ist, dass ein solches System aufgrund der mechanischen Masseträgheiten nur verzögert auf sich dynamisch ändernde Lastfälle reagieren kann. Damit kann die optimale Geschwindigkeit der Transitbewegung nicht immer gewährleistet werden und bestimmte Anwendungsfälle sind nicht beherrschbar.
  • In der US 2012/199558 A1 wird ein kommutierender Leistungsschalter offenbart, der durch die physische Bewegung einer Pendelvorrichtung, die durch mindestens einen Satz elektrischer Schleifkontakte auf der Pendelvorrichtung den Strom durch die sich bewegende Pendelvorrichtung mit einer Folge unterschiedlicher Widerstände verbindet und somit mit dem Stromkreis verbunden ist, wobei ein zunehmender Widerstand in einen Stromkreis eingefügt wird. Die Bewegung der Pendelvorrichtung kann entweder linear oder rotierend sein. An keinem Punkt sind die gleitenden Statorelektroden von den passenden stationären Statorelektroden getrennt, um einen starken Lichtbogen zu erzeugen, der eine Beschädigung der gleitenden Statorelektroden minimiert. Stattdessen wird der Strom von einem Widerstandspfad zum nächsten mit ausreichend kleinen Widerstandsänderungen bei jedem Schritt kommutiert, so dass eine Lichtbogenbildung unterdrückt wird.
  • Die EP 3 031 062 A1 offenbart einen mechanischen Schalter, der durch Kommutierung des Stroms zu einem energieabsorbierenden Pfad oder einer Folge von Pfaden durch mindestens einen Sperrhalbleiter arbeitet, um den Stromkreis zu öffnen, wobei die Kommutierung durch eine Gleitbewegung mindestens einer Pendel-Elektrode über mindestens eine stationäre Elektrode bewirkt wird.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern eines Stromkreises zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern eines Stromkreises gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Das Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern eines Stromkreises gemäß Anspruch 1 bringt gezielt ohmsche, kapazitive oder induktive Anteile mittels mindesten zweier Schaltgeräte als Regelelemente und einem Sensor oder Messgerät ein, wobei die Schaltgeräte jeweils einen ON-Zustand, einen OFF-Zustand zum Öffnen, Schließen oder Kommutieren eines Stromkreises zwischen einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt und weitere Zwischenzustände zwischen dem ON- und OFF-Zustand sowie ein regelbares Widerstandselement umfassen, wobei das regelbare Widerstandselement zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt elektrisch angeordnet ist, wobei im ON-Zustand die Schaltgeräte geschlossen sind und im OFF-Zustand geöffnet, wobei mittels einer mechanischen Transitbewegung der Zustand der Schaltgeräte geändert wird, wobei die Transitbewegung so ausgeführt wird, dass der aktuelle Spannungsfall zu jedem Zeitpunkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dadurch die Schalt-Energie im regelbaren Widerstandselement in Form von elektrischer Verlustleistung abgeführt wird, wobei bei Überströmen unterhalb eines Überstrom-Schwellwertes durch die Transitbewegung das regelbare Widerstandselement in einen Zwischenzustand überführt wird, so dass eine elektrische Dämpfung in den Stromkreis eingebracht wird ohne eine Unterbrechung desselben, mit den Schritten:
    • Messung des Zustandes des Parameters;
    • Vergleichen mit dem Soll-Zustand des Parameters;
    • Steuerung der mindestens zwei regelbaren Widerstandselemente.
  • Vorteilhaft hierbei ist, dass das Regelsystem für optimale Umschaltbedingungen sorgt. Durch die Ausführung als Regelkreis ist sichergestellt, dass diese optimalen Bedingungen erfüllt sind. Dadurch ist ein sicherer Betrieb der Schaltgeräte gewährleistet.
  • Da es sich um eine Regelung handelt, kann das System auch dazu genutzt werden um den Strom innerhalb eines definierten Bereiches zu halten. Diese Stromregelung funktioniert natürlich nur innerhalb der Leistungsgrenzen des Systems. Das regelbare Widerstandselement darf zu keinem Zeitpunkt überlastet werden. Eine Temperaturmessung kann dies z.B. sicherstellen und im Überlastfall den Stromkreis unterbrechen.
  • Es wird die Realisierung von speziellen Schaltanwendungen ermöglicht, die bisher nur durch eine Kombination von herkömmlichen Schaltgeräten und intelligenten Steuerungen/Regelungen oder durch den Einsatz von Leistungselektronik möglich waren.
  • Durch die Zwischenzustände ergibt sich die Möglichkeit Ausgleichsströme fließen zu lassen. Das Fließen dieser Ausgleichströme in Kombination mit einer sehr schnellen Lastanpassung ermöglicht neue Anwendungsfelder:
    • exakte Steuerung von elektrogalvanischen Prozessen;
    • Schalten von sich stark ändernden Lasten, beispielsweise Startvorgang bei Motoren (Dämpfung der 1. Halbwelle);
    • Realisierung von Laststufenschaltern für Transformatoren (Mittel- und Niederspannung); oder
    • Steuerung von Lastflüssen in vermaschten Netzen durch gezielte Einbringung von Induktivität oder ohmschen Widerstand.
  • Es ergeben sich Kostenvorteile gegenüber einer Implementierung als Leistungselektronik. Ein weiterer Vorteil liegt in der Einfachheit und Robustheit des Systems.
  • In einer Ausgestaltung ist der anzupassende Parameter die Leistung, der Strom oder die Phasenlage (Cos(phi)) des Stromkreises.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird die Anpassung innerhalb von 500msec (Milli Sekunden) vorgenommen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird bei Absinken eines Überstroms der Zwischenzustand des zugeordneten regelbaren Widerstandselements verlassen und der ON-Zustand eingenommen.
  • In einer Ausgestaltung sind am regelbaren Widerstandselement Spulen vorgesehen zum elektro-mechanischen Antrieb gegen eine Feder.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das regelbare Widerstandselement ein bewegliches Element und ein feststehendes Element, wobei das bewegliche Element im Wesentlichen zy-linderförmig ausgebildet ist, wobei das feststehende Element im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei das bewegliche Element in das feststehende Element eintauchbar ausgebildet ist und gegen dieses bewegt werden kann, wobei ein erstes Kontaktsystem am beweglichen Element und ein zweites Kontaktsystem am feststehenden Element angebracht ist jeweils zur elektrischen Kontaktierung zwischen dem beweglichen Element und dem feststehenden Element, und wobei durch die lineare Transitbewegung der Abstand zwischen dem ersten Kontaktsystem und dem zweiten Kontaktsystem geändert wird, wodurch sich die Aufteilung des Strompfads zwischen beweglichem Element und feststehendem Element ändert.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist am Boden des hohlzylinderförmig ausgebildeten feststehenden Elements eine erste Spule und am ersten Ende des zylinderförmig ausgebildeten beweglichen Elements eine zweite, korrespondierende Spule angeordnet, wobei sich bei Bestromung die beiden Spulen voneinander abstoßen, wobei am gegenüberliegenden, zweiten Ende des zylinderförmig ausgebildeten beweglichen Elements eine Feder das bewegliche Element in Richtung der ersten Spule und somit in Richtung des ON-Zustands drückt.
  • In einer Ausgestaltung umfasst das Schaltgerät weiterhin einen Sensor zur Messung der Temperatur des regelbaren Widerstandselements oder der Hauptstrombahn.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das Schaltgerät zum Schalten eines Wechsel- oder Gleichstroms vorgesehen.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1: Elektrischer Schalter mit regelbarem Widerstandselement;
    • Figuren 2A und 2B: Elektrischer Widerstand des elektrischen Schalters;
    • Figuren 3A, 3B, 3C: Elektrischer Schalter mit regelbarem Widerstandselement im ON-Zustand, Zwischenzustand und OFF-Zustand;
    • Figuren 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G, 4H, 4I, 4J: Transitbewegung des elektrischen Schalters zwischen ON-Zustand und OFF-Zustand;
    • Figur 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F: Schaltgerät mit regelbarem Widerstandselement und Spulen und Feder;
    • Figur 6A und 6B: Dämpfung eines Stromkreises mit Schaltgerät und Schaltzustände des Schaltgeräts;
    • Figur 7: Schaltgeräte zur Anpassung von Paramtern eines Stromkreises;
    • Figur 8: Regelung des Verfahrens zur unterbrechungsfreien Anpassung;
    • Figuren 9A und 9B: Elektrisches Schaltgerät mit Regelung;
    • Figur 10: Zeigerdiagramm von Längsregelung und Querregelung.
  • In Figur 1 ist ein elektrischer Schalter 100 dargestellt. Der elektrische Schalter 100 umfasst einen ON-Zustand und einen OFF-Zustand zum Öffnen, Schließen oder Kommutieren eines Stromkreises 2000. Dazu ist ein erster Kontakt 110 und ein zweiter Kontakt 120 vorgesehen, zwischen denen der Stromkreis 2000 geschaltet wird. Weiter umfasst der elektrische Schalter 100 ein regelbares Widerstandselement 200, welches zwischen dem ersten Kontakt 110 und dem zweiten Kontakt 120 elektrisch angeordnet ist. Im ON-Zustand ist der elektrische Schalter 100 geschlossen und im OFF-Zustand geöffnet. Der Schaltvorgang, die Überführung des ON-Zustands in den OFF-Zustand und umgekehrt, geschieht mittels einer mechanischen Transitbewegung T des regelbaren Widerstandselements 200.
  • Zum Öffnen oder Kommutieren des Stromkreises 2000 wird mittels der Transitbewegung T der Widerstand des regelbaren Widerstandselements 200 erhöht und die Transitbewegung T wird so ausgeführt, dass der aktuelle Spannungsfall zu jedem Zeitpunkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dass dadurch die Schaltenergie im regelbaren Widerstandselement 200 in Form von elektrischer Verlustleistung abgeführt wird.
  • Das regelbare Widerstandselement 200 umfasst ein bewegliches Element 210 und ein feststehendes Element 220, wobei das bewegliche Element 210 im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und das feststehende Element 220 im wesentlichen hohlzylinderförmig. Das bewegliche Element 210 kann in das feststehende Element 220 eintauchen und gegen dieses bewegt werden. Weiterhin umfasst das regelbare Widerstandselement 200 ein erstes Kontaktsystem 310 am feststehenden Element 220 und ein zweites Kontaktsystem 320 am beweglichen Element 210 jeweils zur elektrischen Kontaktierung zwischen dem beweglichen Element 210 und dem feststehenden Element 220.
  • Durch eine lineare Transitbewegung T wird der Abstand zwischen dem ersten Kontaktsystem 310 und dem zweiten Kontaktsystem 320 geändert, wodurch sich die Aufteilung des Strompfads zwischen beweglichem Element 210 und feststehendem Element 220 ändert.
  • Das feststehende Element 220 kann eine galvanische Isolation 230 umfassen, so dass im OFF-Zustand der erste Kontakt 110 galvanisch getrennt ist vom zweiten Kontakt 120. Ebenso kann die galvanische Trennung über die Dotierung des regelbaren Widerstandselements 200 selbst geschehen.
  • In Figur 2A ist die Kette der elektrischen Widerstände des elektrischen Schalters 100 dargestellt. Es handelt sich um eine Reihenschaltung an elektrischen Widerständen, angefangen vom elektrischen Widerstand am zweiten Kontakt 120 R_Cu2 über den Widerstand des regelbaren Widerstandselements 200 R_SiC und dem elektrischen Widerstand der galvanischen Isolation 230 R_Iso zum ersten Kontakt 110 mit dem Widerstand R_Cu1.
  • In Figur 2B ist der elektrische Widerstand des regelbaren Widerstandselements 200 dargestellt aufgetragen über der Auslenkung der mechanischen Transitbewegung T. In der Darstellung der Figur 2B ist bei kleinen Positionen der erste Kontakt 110 galvanisch getrennt vom zweiten Kontakt 120 bei einem elektrischen Widerstand größer 1MΩ (Mega Ohm). In dieser linken Position - bei einem elektrischen Widerstand größer 1MΩ (Mega Ohm)- befindet sich der elektrische Schalter 100 im OFF-Zustand.
  • Fährt nun mittels der mechanischen Transitbewegung T das bewegliche Element 210 entsprechend der Darstellung der Figur 1 nach rechts, so nimmt der Widerstand nach dem Überschreiten der Isolationszone 230 ab, bis zu einem elektrischen Widerstand des regelbaren Widerstandselement kleiner 100µΩ (Mikro Ohm). In dieser Stellung befindet sich der elektrische Schalter im ON-Zustand.
  • In den Figuren 3A, 3B und 3C wird die Überführung des elektrischen Schalters 100 vom ON-Zustand in den OFF-Zustand dargestellt. Mittels einer linearen Transitbewegung T des beweglichen Elements 210 wird der Widerstand des regelbaren Widerstandselements 200 erhöht, wobei die Transitbewegung T so ausgeführt wird, dass der aktuelle Spannungsfall zu jedem Zeitpunkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dadurch die Schaltenergie im regelbaren Widerstandselement 200 in Form von elektrischer Verlustleistung abgeführt wird.
  • In Figur 3A befindet sich der elektrische Schalter 100 im ON-Zustand. Der elektrische Strom fließt vom ersten Kontakt 110 über das erste Kontaktsystem 310 zum beweglichen Element 210 und weiter über das zweite Kontaktsystem 320 zum zweiten Kontakt 120. Ist das bewegliche Element 210 beispielsweise aus Kupfer gefertigt, so ist der Gesamtwiderstand des elektrischen Schalters in der ON-Stellung im Bereich kleiner 100µΩ (Mikro Ohm). Das erste Kontaktsystem 310 und das zweite Kontaktsystem 320 wird von Kontaktfedern gebildet, beispielsweise von Canted-Coil-Federn der Firma Bal Seal Engineering.
  • Zum Auslösen des elektrischen Schalters 100, also zum Überführen des elektrischen Schalters 100 vom ON-Zustand in den OFF-Zustand, wird nun das bewegliche Element 210 entsprechend der Darstellung in den Figuren 3A, 3B und 3C nach links bewegt.
  • In einer Zwischenstellung, die in Figur 3B dargestellt ist, fließt der Strom wiederrum vom ersten Kontakt 110 über das erste Kontaktsystem 310, dem beweglichen Element 210 zum zweiten Kontaktsystem 320 und im regelbaren Widerstandselement 200 zum zweiten Kontakt 120. Durch die lineare Transitbewegung T wurde der Abstand zwischen dem ersten Kontaktsystem 310 und dem zweiten Kontaktsystem 320 geändert, nämlich verringert, wodurch sich die Aufteilung des Strompfads zwischen beweglichem Element 210 und feststehendem Element 220 ändert.
  • In Figur 3C ist der elektrische Schalter 100 im OFF-Zustand dargestellt. Durch die Transitbewegung T wurde das bewegliche Element 210 weiter entsprechend der Darstellung der Figuren 3A, 3B und 3C nach links bewegt. Das zweite Kontaktsystem 320 wurde über die galvanische Isolation 230 hinausbewegt, so dass das erste Kontaktsystem 310 und das zweite Kontaktsystem 320 beide in der Zone des ersten Kontakts 110 sind. Somit geschieht ein Stromfluss nur aufgrund eines Kriechstroms der galvanischen Trennung, da der Widerstand des regelbaren Widerstandselements 200 größer 1MΩ (Mega Ohm) ist.
  • In den Figuren 4A bis 4J wird ein elektrischer Schalter 100 dargestellt. Das regelbare Widerstandselement 200 weist eine erste Zone 221 auf, die beispielsweise aus Kupfer gestaltet ist und eine hohe Leitfähigkeit hat. Im ON-Zustand des elektrischen Schalters taucht das feststehende Element 220 in diese erste Zone 221 ein, so dass aufgrund des geringsten Widerstands der Strom über die Stirnfläche des beweglichen Elements 210 und der Zone 221 mit geringer Leitfähigkeit des regelbaren Widerstandselements 200 fließt. Ebenso weist das bewegliche Element 210 einen Abschluss 211 auf, der ebenfalls aus Kupfer gefertigt sein kann und somit eine geringe Leitfähigkeit hat. Der Strom fließt daher vom ersten Kontakt 110 über den Abschluss 211 und das bewegliche Element 210.
  • Wird nun die Transitbewegung T ausgeführt, entsprechend der Darstellung der Figuren 4A bis 4J der Bewegung des beweglichen Elements 210 nach links, so kommt es zu einer räumlichen Separation des Abschlusses 211 und auch des beweglichen Elements 210 von der Zone 221, so dass der Strom über das erste Kontaktsystem 310 und das zweite Kontaktsystem 320 fließt.
  • Wird nun das bewegliche Element 210 weiter nach links bewegt, so werden das erste Kontaktsystem 310 und das zweite Kontaktsystem 320 aufeinander zubewegt und der Strom fließt durch das regelbare Widerstandselement 200 selbst. Bei weiterer Durchführung der Bewegung ändert sich die Aufteilung des Strompfads zwischen dem beweglichen Element 210 und dem feststehenden Element 220.
  • In Figur 4H erreicht das zweite Kontaktsystem 320 die Zone der galvanischen Isolation 230. Wenn nun das zweite Kontaktsystem 320 vollständig in der Zone der galvanischen Isolation 230 ist, ist der Schalter geöffnet und ein Stromfluss nicht mehr möglich. In der Endposition des beweglichen Elements 210 in der Darstellung der Figur 4J befinden sich das erste Kontaktsystem 310 und das zweite Kontaktsystem 320 in der Zone des ersten Kontakts 110.
  • Der elektrische Schalter 100 kann mindestens einen dritten Kontakt aufweisen, wobei von ihm ein Potenzial zwischen diesen mindestens drei Kontakten kommutiert wird.
  • Das regelbare Widerstandselement 200, insbesondere sein feststehendes Element 220, kann aus einem konventionellen Material oder aus einem dotierbaren Halbleitermaterial hergestellt sein. Als dotierbares Halbleitermaterial ist beispielsweise Siliciumcarbid (SiC) vorteilhaft, da dieses Material wichtige Kriterien erfüllt und eine kompakte Bauweise des regelbaren Widerstandselements 200 ermöglicht. Siliciumcarbid als Halbleitermaterial hat eine sehr hohe Durchbruchfeldstärke und einen geringen spezifischen Durchlasswiderstand. Des Weiteren ist Siliciumcarbid dotierbar und damit in den elektrischen Eigenschaften einstellbar von 0,1 bis 109 Ω·cm (Ohm Zentimeter). Weiter ist Siliciumcarbid hochtemperaturbeständig, die Oxidationsbeständigkeit ist bis 1600°C gegeben und die Zersetzungstemperatur liegt über 2700°C. Ebenso ist Siliciumcarbid ein sehr guter Wärmeleiter.
  • Die Erhöhung des Widerstands des regelbaren Widerstandselements 200 kann über eine Änderung der aktiven Länge, der Form, der Anordnung oder der Dotierung geschehen. Der Strompfad innerhalb des regelbaren Widerstandselements 200, beziehungsweise die Aufteilung des Strompfads zwischen dem beweglichen Element 210 und dem feststehenden Element 220, wird durch die Transitbewegung T geändert.
  • Figuren 5A bis 5D zeigen das Schaltgerät 1000; 1001 in seinen verschiedenen Zwischenzuständen. Das Schaltgerät 1000; 1001 kann zum Öffnen, Schließen oder Kommutieren eines Stromkreises 2000 zwischen einem ersten Kontakt 110 und einem zweiten Kontakt 120 nicht nur einen ON-Zustand und einen OFF-Zustand einnehmen, sonders weitere Zwischenzustände, wobei im ON-Zustand das Schaltgerät 1000; 1001 und damit der Stromkreis 2000 geschlossen ist und im OFF-Zustand geöffnet.
  • Das Schaltgerät 1000; 1001 weist dazu ein regelbares Widerstandselement 200 auf, welches elektrisch zwischen dem ersten Kontakt 110 und dem zweiten Kontakt 120 angeordnet ist. Der Zustand des Schaltgeräts 1000; 1001 wird mittels einer mechanischen Transitbewegung T geändert.
  • Dabei wird die Transitbewegung T so ausgeführt, dass der aktuelle Spannungsfall zu jedem Zeitpunkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dadurch die Schalt-Energie im regelbaren Widerstandselement 200 in Form von elektrischer Verlustleistung abgeführt wird.
  • Bei Überströmen unterhalb eines Überstrom-Schwellwertes wird durch die Transitbewegung T das regelbare Widerstandselement 200 in einen Zwischenzustand überführt, so dass eine elektrische Dämpfung in den Stromkreis 2000 eingebracht wird ohne eine Unterbrechung desselben.
  • In der Figur 5A befindet sich das Schaltgerät 1000; 1001 zunächst im ON-Zustand. Das regelbare Widerstandselement 200 umfasst ein bewegliches Element 210 und ein feststehendes Element 220, wobei das bewegliche Element 210 im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und das feststehende Element 220 im Wesentlichen hohlzylinderförmig. Das bewegliche Element 210 ist in das feststehende Element 220 eintauchbar ausgebildet und kann gegen dieses bewegt werden.
  • Weiterhin ist am regelbaren Widerstandselement 200 ein erstes Kontaktsystem 310 am beweglichen Element 210 und ein zweites Kontaktsystem 320 am feststehenden Element 220 vorgesehen. Diese Kontaktsysteme 310; 320 sind zur elektrischen Kontaktierung zwischen dem beweglichen Element 210 und dem feststehenden Element 220 vorgesehen.
  • Durch die lineare Transitbewegung T wird der Abstand zwischen dem ersten Kontaktsystem 310 und dem zweiten Kontaktsystem 320 geändert, wodurch sich die Aufteilung des Strompfads zwischen beweglichem Element 210 und feststehendem Element 220 ändert. Dies in der Sequenz der Figuren 5A bis 5F dargestellt. Durch die Bewegung des beweglichen Elements 210 nach links wird das zweite Kontaktsystem 320 auf das erste Kontaktsystem 310 zubewegt und es ändert sich der Strompfad so, dass ein immer größerer Anteil über das feststehende Element 220 des regelbaren Widerstandselements 200 fließt.
  • Bei einem Absinken des Überstroms kann der eingestellte Zwischenzustand wieder verlassen werden und das Schaltgerät 1000; 1001 in den ON-Zustand zurückkehren. In solch einem Fall würde das elektrische Schaltgerät 1000; 1001 nicht ausgelöst, sondern nur temporär in einen Zwischenzustand überführt.
  • Wenn nach dem Überführen des regelbaren Widerstandselements 200 in einen Zwischenzustand wegen des Auftreten eines Überstroms unterhalb eines Überstrom-Schwellwerts der Überstrom weiter steigt und den Überstrom-Schwellwert übersteigt, so kann vom Schaltgerät 1000; 1001 ein Öffnen des Stromkreies, also ein Überführen in den OFF-Zustand, erzwungen werden.
  • Die Transitbewegung T kann mittels eines elektromechanischen Antriebs geschehen. In den Figuren 5A bis 5F sind dafür eine erste Spule 520 am Boden des hohlzylinderförmig ausgebildeten feststehenden Elements 220 und am ersten Ende des zylinderförmig ausgebildeten beweglichen Elements 210 eine zweite, korrespondierende Spule 510 vorgesehen, die sich bei Bestromung voneinander abstoßen. Weiter ist am zweiten Ende des zylinderförmig ausgebildeten beweglichen Elements 210 eine Feder 600 angeordnet, die das bewegliche Element 210 in Richtung der ersten Spule 520 und somit in Richtung des ON-Zustands drückt.
  • Die Bestromung der ersten und zweiten Spule 520; 510 kann mittels einer Regelung vorgenommen werden, die somit die Transitbewegung T regelt und den gewünschten Zwischenzustand oder auch den ON-Zustand oder OFF-Zustand des regelbaren Widerstandselements 200 einstellt.
  • Am Schaltgerät 1000; 1001 kann ein Sensor zur Messung der Temperatur des regelbaren Widerstandselements 200 oder der Temperatur der Hauptstrombahn vorgesehen sein. Die Regelung kann entsprechend der gemessenen Temperatur das regelbare Widerstandselement 200 einregeln und gegebenenfalls das Schaltgerät 1000; 1001 in den OFF-Zustand überführen, so dass kein Stromfluss mehr möglich ist.
  • Das Schaltgerät 1000; 1001 ist zum Schalten eines Wechsel- oder eines Gleichstroms vorgesehen.
  • In Figur 6A ist das Schaltgerät 1000; 1001 dargestellt mit vier unterschiedlichen Zwischenzuständen mit den Widerständen R1, R2, R3 und R4. Beispielsweise soll gelten, dass der Widerstand R4 sehr viel größer als der Widerstand R3, dieser viel größer als der Widerstand R2 und dieser größer als der Widerstand R1 ist. Das regelbare Widerstandselement 200 wird bei Einstellung auf einen der vier Zwischenzustände den Stromkreis 2000 mittes des eingestellten Widerstands dämpfen. Figur 6B erläutert die Abfolge der elektrischen Widerstände des regelbaren Widerstandselemtns 200 anschaulich: Ausgehend vom ON-Zustand mit geringem Widerstand können diskrete elektrische Widerstände R1, R2, R3, R4, ..., RN eingestellt werden. Oberhalb vom maximalen Widerstand RN liegt der elektrische Widerstand des OFF-Zustands. Entsprechend der Figuren 5A bis 5F und der Ausbildung des regelbaren Widerstandselements 200 sind in dieser Ausführungsform die Widerstandswerte kontinuierlich ausgebildet und können kontinuierlich angesteuert werden.
  • Die Detektion des Überstroms und die Auslenkung des regelbaren Widerstandelements 200 kann auch durch eine entsprechende Anordnung der Hauptkontakte ohne zusätzliche Spulenkörper, oder durch zusätzliche Messeinrichtungen erfolgen. Damit wird die Funktion eines thermischen Auslösers erfüllt.
  • Zusätzlich zu der definierten Auslenkung aufgrund eines bestimmten Stroms, kann bei kleineren Strömen noch die Temperatur an bestimmten Punkten im regelbaren Widerstandselement 200 oder auf der Hauptstrombahn gemessen werden. Überschreitet die Temperatur eine bestimmte Schwelle, so ändert das bewegliche Kontaktsystem über eine entsprechende Auslenkmechanik, beispielsweise ein Bimetall, seine Position und der Widerstand wird weiter erhöht. Dadurch wird der Strom reduziert.
  • Ein solches System kann sowohl eine Funktion des Schaltgerätes 1000; 1001 darstellen, dass damit die im Stromkreis 2000 angeschlossenen Betriebsmittel schützt, oder auch eine Art Selbstschutz des Gerätes sein um eine Überlastung des regelbaren Widerstandselements 200 oder Teile der Strombahn zu gewährleisten.
  • In Figur 7 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern eines Stromkreises 2000 durch das gezielte Einbringen von ohmschen, kapazitiven oder induktiven Anteilen mittels mindesten zweier Schaltgeräte 1000; 1001 als Regelelemente und einem Sensor oder Messgerät 2500 dargestellt.
  • Die Schaltgeräte 1000; 1001 weisen jeweils einen ON-Zustand, einen OFF-Zustand zum Öffnen, Schließen oder Kommutieren eines Stromkreises 2000 zwischen einem ersten Kontakt 110 und einem zweiten Kontakt 120 und weitere Zwischenzustände zwischen dem ON- und OFF-Zustand auf, sowie jeweils ein regelbares Widerstandselement 200.
  • Das regelbare Widerstandselement 200 ist zwischen dem ersten Kontakt 110 und dem zweiten Kontakt 120 elektrisch angeordnet, wobei im ON-Zustand die Schaltgeräte 1000; 1001 geschlossen sind und im OFF-Zustand geöffnet, und wobei mittels einer mechanischen Transitbewegung T der Zustand der Schaltgeräte 1000; 1001 geändert wird.
  • Die Transitbewegung T wird so ausgeführt, dass der aktuelle Spannungsfall zu jedem Zeitpunkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dadurch die Schalt-Energie im regelbaren Widerstandselement 200 in Form von elektrischer Verlustleistung abgeführt wird, wobei bei Überströmen unterhalb eines Überstrom-Schwellwertes durch die Transitbewegung T das regelbare Widerstandselement 200 in einen Zwischenzustand überführt wird, so dass eine elektrische Dämpfung in den Stromkreis 2000 eingebracht wird ohne eine Unterbrechung desselben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern eines Stromkreises 2000 durch das gezielte Einbringen von ohmschen, kapazitiven oder induktiven Anteilen umfasst entsprechend der Figur 8 die Schritte:
    • Messung 5100 des Zustandes des Parameters;
    • Vergleichen 5200 mit dem Soll-Zustand des Parameters;
    • Steuerung 5300 der mindestens zwei regelbaren Widerstandselemente 200.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern kann so ausgestaktet sein, dass der anzupassende Parameter die Leistung, der Strom oder die Phasenlage (Cos(phi)) des Stromkreises 2000 ist.
  • Des Weiteren kann das Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern so ausgestaltet sein, dass die Anpassung innerhalb von 500msec (Milli Sekunden) vorgenommen wird.
  • In Figur 9A zeigt nochmals ein regelbares Widerstandselement 200 mit erster Spule 520 am feststehenden Element 220 und zweiter Spule 510 am beweglichen Element 210.
  • Figur 9B zeigt ein regelbares Wiserstandselement 200, wobei die Transitbewegung T des beweglichen Elements 210 von einem Motor M elektromechanisch erzeugt wird. Eine Regelung R steuert den Motor M nach Maßgabe des Parameters des Stromkreises 2000.
  • Alternativ zu dem oben gezeigten Regelungssystem können auch definierte Profile abgefahren werden um ein gewünschtes Abschaltverhalten zu erreichen. Dies gilt vor allem für Schaltvorgänge die immer gleich ablaufen und bei denen bestimmte transiente Schaltvorgänge ansonsten zu Problemen im Netzführen können.
  • Durch das gezielte Einbringen von ohmschen, kapazitiven oder induktiven Anteilen
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung lassen sich gezielte Änderung der Parameter R, L, C (ohmsche, induktive oder kapazitive Anteile) in einem Drehstromnetz vornehmen, woduch es möglich ist den Wirkleistungsfluss (Lastfluss) zu steuern.
  • Entsprechend dem Zeigerdiagramm in Figur 10 kann eine Querregelung UQ vorgenommen werden, die die Wirkleistungsverteilung auf mehreren parallelen Leitungen vom Winkelunterschied der Spannung am Anfang und Ende der Leitungen abhängig macht.
  • Verändert man den Winkel an einer der Leitungen, wird der Lastfluss auf allen Leitungen beeinflusst. Dadurch können Lastflüsse umgeleitet, Überlastung bestimmter Netzteile verhindert oder Übertragungsverluste minimiert werden.
  • Ebenfalls kann eine Längsregelung UL durch das erfindungsgemäße Verfahren vorgenommen werden, die den Betrag der Wirkleistung ändert. Somit können Spannung und Blindleistung geregelt werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern eines Stromkreises (2000) durch das gezielte Einbringen von ohmschen, kapazitiven oder induktiven Anteilen mittels mindesten zweier Schaltgeräte (1000; 1001) als Regelelemente und einem Sensor oder Messgerät, wobei die Schaltgeräte (1000; 1001) jeweils einen ON-Zustand, einen OFF-Zustand zum Öffnen, Schließen oder Kommutieren eines Stromkreises (2000) zwischen einem ersten Kontakt (110) und einem zweiten Kontakt (120) und weitere Zwischenzustände zwischen dem ON- und OFF-Zustand sowie ein regelbares Widerstandselement (200) umfassen, wobei das regelbare Widerstandselement (200) zwischen dem ersten Kontakt (110) und dem zweiten Kontakt (120) elektrisch angeordnet ist, wobei im ON-Zustand die Schaltgeräte (1000; 1001) geschlossen sind und im OFF-Zustand geöffnet, wobei mittels einer mechanischen Transitbewegung (T) der Zustand der Schaltgeräte (1000; 1001) geändert wird,
    wobei die Transitbewegung (T) so ausgeführt wird, dass der aktuelle Spannungsfall zu jedem Zeitpunkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dadurch die Schalt-Energie im regelbaren Widerstandselement (200) in Form von elektrischer Verlustleistung abgeführt wird,
    wobei bei Überströmen unterhalb eines Überstrom-Schwellwertes durch die Transitbewegung (T) das regelbare Widerstandselement (200) in einen Zwischenzustand überführt wird, so dass eine elektrische Dämpfung in den Stromkreis (2000) eingebracht wird ohne eine Unterbrechung desselben,
    mit den Schritten:
    - Messung (5100) des Zustandes des Parameters;
    - Vergleichen (5200) mit dem Soll-Zustand des Parameters;
    - Steuerung (5300) der mindestens zwei regelbaren Widerstandselemente (200).
  2. Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern gemäß Anspruch 1, bei dem der anzupassende Parameter die Leistung, der Strom oder die Phasenlage (Cos(phi)) des Stromkreises (2000) ist.
  3. Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Anpassung innerhalb von 500msec (Milli Sekunden) vorgenommen wird.
  4. Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem beim Absinken eines Überstroms der Zwischenzustand des zugeordneten regelbaren Widerstandselements verlassen wird und der ON-Zustand eingenommen wird.
  5. Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem an den regelbaren Widerstandselementen (200) Spulen (510; 520) vorgesehen sind zum elektromechanischen Antrieb gegen eine Feder (600).
  6. Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die regelbaren Widerstandselemente (200) jeweils ein bewegliches Element (210) und ein feststehendes Element (220) umfassen,
    wobei das bewegliche Element (210) im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist,
    wobei das feststehende Element (220) im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet ist,
    wobei das bewegliche Element (210) in das feststehende Element (220) eintauchbar ausgebildet ist und gegen dieses bewegt werden kann,
    wobei ein erstes Kontaktsystem (310) am beweglichen Element (210) und ein zweites Kontaktsystem (320) am feststehenden Element (220) angebracht ist jeweils zur elektrischen Kontaktierung zwischen dem beweglichen Element (210) und dem feststehenden Element (220),
    wobei durch die lineare Transitbewegung (T) der Abstand zwischen dem ersten Kontaktsystem (310) und dem zweiten Kontaktsystem (320) geändert wird, wodurch sich die Aufteilung des Strompfads zwischen beweglichem Element (210) und feststehendem Element (220) ändert.
  7. Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern gemäß Anspruch 6, bei dem am Boden des hohlzylinderförmig ausgebildeten feststehenden Elements (220) eine erste Spule (520) und am ersten Ende des zylinderförmig ausgebildeten beweglichen Elements (210) eine zweite, korrespondierende Spule (510) angeordnet sind, wobei sich bei Bestromung die beiden Spulen (510; 520) voneinander abstoßen,
    wobei am gegenüberliegenden, zweiten Ende des zylinderförmig ausgebildeten beweglichen Elements (210) eine Feder (600) das bewegliche Element (210) in Richtung der ersten Spule (520) und somit in Richtung des ON-Zustands drückt.
  8. Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem weiterhin eine Sensor zur Messung der Temperatur des regelbaren Widerstandselements (200) oder der Hauptstrombahn vorgesehen ist.
  9. Verfahren zur unterbrechungsfreien Anpassung von Parametern gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verfahren die Anpassung in einem Wechsel- oder in einem Gleichstromkreis vornimmt.
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